水文学基础知识

水文学基础知识

一、概念

1、水文学概念

水文

shuǐ wén 英文：Hydrology

1.水的波纹。亦指如波纹的图形。

2.自然界中水的各种变化和运动的现象。

3.水文，指研究自然界水的时空分布、变化规律的一门边缘学科。“文”作自然界的现象讲，如“天文”。水文是水利、水电及一切与水资源有关的国民经济和社会发展所必需的前期工作的基础，是水利建设的尖兵、防汛抗旱的耳目、水资源管理与保护的哨兵、资源水利的基石，是一项必须适当超前发展的社会公益性事业。水文学：研究水存在于地球上的大气层中和地球表面以及地壳内的各种现象的发生和发展规律及其内在联系的学科。包括水体的形成、循环和分布，水体的化学成分，生物、物理性质以及它们对环境的效应等。

水文学：广义地说就是研究地球与水的科学，包括它的性质、现象和分布，其核心是水循环。

水文学，广义地按地球圈层情况可分为水文气象学、地表水文学和地下水文学三种。按地球表面分布情况，又可分为海洋水文学和陆地水文学。

陆地水文学：主要研究存在于大陆表面上的各种水体及其水文现象的形成过程与运动变化规律。按研究水体的不同又可分为：

①河川水文学；②湖泊（包括水库）水文学；③沼泽水文学；④冰川水文学；⑤河口水文学。

2、水文循环

水文循环：地球上或某一区域内，在太阳辐射和重力作用下，水分通过蒸发、水汽输送、降水、入渗、径流等过程不断变化、迁移的现象。

大循环：从海洋蒸发的水汽，被气流带到大陆上空，遇冷凝结而形成降水，降水至地面后，一部分蒸发直接返回空中，其余都经地面和地下注入海洋，这种海陆间的水分交换过程称大循环或外循环。

小循环：陆地上的水经蒸发、凝结作用又降落到陆地上，或海洋面上蒸发的水汽在空中凝结后，又以降水形式降落在海洋中，这种局部的水文循环称小循环或内循环。前者又可称内陆小循环，后者称海洋小循环。由陆面蒸发而引起的内陆小循环，对内陆地区的降水有重要作用。因内陆地区距离海洋很远，从海洋直接输送到内陆的水汽不多，需要通过内陆局部地区的水文循环运动，使水汽不断地向内陆输送，这是内陆地区的主要水汽来源。由于水在向内陆输送过程中，沿途会逐步损耗，故内陆距离海洋越远，输送的水汽量越少，降水越小，沿海地区一般雨量充沛，而内陆地区则雨量稀少，气候干燥，就是这个原因。

3、水文现象的基本特点

⑴时程变化上的周期性与随机性

①周期性由于地球的自转和公转，昼夜、四季、海陆分布，以及一定的大气环境，季区区域等，使水文现象在时程变化上形成一定的周期性。

②随机性因为影响水文现象的因素众多，各因素本身在时间上不断地发生变化，所以受其控制的水文现象也处于不断变化之中，它们在时程上和数量上的变化过程，伴随周期性出现的同时，也存在着不重复性的特点，这就是所谓随机性。

⑵地区上的相似性与特殊性

①相似性有些流域所处的地理位置（纬度或离海洋远近等）相似，气候与地理条件相似，因而所产生的水文现象在一定程度上有一定的相似性，即具有所谓地带性。

②特殊性不同流域虽所处的地理位置、气候条件相似，但由于下垫面条件差异，而产生不同的水文变化规律。

4、水量平衡

研究水量平衡是对水文循环建立定量的概念，了解组成水文循环各要素——降水、下渗、蒸发和径流等作用；解决一个地区或流域的产水量和径流的出流过程；根据水量平衡由某些已知水文要素推求街定的水文要素（如已知降水、径流推求损失量）。水量平衡原理被广泛地应用于水文预报、水文水利计算，同时还可以用来对水文测验、资料整编、预报和计算的成果进行合理性检查分析并评价成果精度。

闭合流域在某一给定时段内的水量平衡方程式为：

P = E + R + △W

闭合流域的多年平均水量平衡方程式为：

P = R + E

二、降水

1、降水

降水主要是指降雨和降雪，其它形式的降水还有露、霜、雹等。水分以各种形式从大气到达地面统称为降水。降水是水文循环的重要环节，也是人类用水的基本来源。降水资料是分析河流洪枯水情，流域旱情的基础，也是水资源的开发利用如防洪、发电、灌溉等的规划设计与管理运用的基础。因此，它是一项非常重要的资料。

2、降雨类型

⑴气旋雨随着气旋或低压过境而产生的雨称为气旋雨。

⑵对流雨在地面受热，温度升高、下层空气膨胀上升和上层空气形成对流运动。当下层带有丰富水汽的暖空气上升到温度较低的高空时，产生动力冷却而凝成雨滴下降，称对流雨。对流雨多发生在夏季酷热的午后，一般强度大、面积小、历时短，它对小面积洪水影响大，易形成陡涨陡落的洪水过程。

⑶地形雨当暖湿气团在运动中遇到山岭障碍时，沿山坡上升，由于逐渐变冷凝结成雨而降落称地形雨。地形雨多在迎风的山坡上，背风坡则雨量稀少。

⑷台风雨台风雨是热带海洋上的风暴带到大陆来的雨。是由异常强大的海洋湿热气团组成，常造成狂风暴雨。发生台风雨时，暴雨一天内可达数百毫米，极易造成灾害。

3、暴雨

暴雨主要由于对流作用所形成，其特征是历时短、强度大，在地区上笼罩面积相对不大。1d降雨量超过50mm或1h降雨量超过16mm者称为暴雨。1d降雨量超过100mm者称为大暴雨，1d降雨量超过200mm者称为特大暴雨。

4、降水基本要素

⑴降水量

在某一给定时段内降落在某一面积上的总水量，如日降水量是指某一面积上1d内的降水总量，次降水量是指某一面积上一次降水的总量等等，以m3、亿m3或km3计，但一般常用降水深度表示，即在该时段内降落在某一面积上的水深，以mm

计。在各种水文资料中，降水量除特别注明外，均指降水深度。

⑵降水历时和降水时间

降水历时是指一次降水过程所经历的时间，降水时间则是指对应于某一降水量而言，某一时间内降雨若干毫米，此时间即为该若干毫米降雨的降水时间。

⑶降水强度

降水强度指单位时间内的降水量，一般以mm/min或mm/h计。

⑷降水面积

降水所笼罩的水平面积，以km2计。

5、降水特征表示方法

⑴降水量过程线降水量过程线以时段降水量为纵轴，时段次序为横轴绘制而成。

⑵降水量累积曲线此曲线横坐标表示时间，纵坐标代表自降水开始以各该时刻降水量累积值。

⑶等降水量线或等雨量线为了表示某一地区或流域的次、日、月、年降水量的分布情况，可用等雨量线图。

⑷降水特性综合曲线

①降雨强度与历时关系曲线

②平均深度与面积关系曲线

③平均深度与面积与历时关系曲线

6、降水量观测

⑴降水量观测场地：应按规范要求建立观测场。

⑵降水量观测仪器：一般为20厘米口径的雨量器和自记雨量计，目前水文遥测采用的是20厘米口径的翻斗雨量计。

⑶降水量观测：一般只测记降雨、降雪、降雹的水果，并注记雪、雹符号。单纯的雾、露、霜，不论其量大小均不测记（特别情况，可别作规定）。

⑷降水量记至0.1毫米，不足0.05毫米的降水不做记载。历时记至分钟。每日降水以8时为日分界，从本日8时至次日8时的降水量为本日的日降水量。

⑸用雨量器观测降水量一般采用定时分段观测制，测站各时期所采用的段次，在《测站任务书》中规定。

⑹液体降水量的量法，将储水瓶内的水倒入量杯，放平量杯，使视线与量杯水面齐平，观测量杯中水面的凹下面，记至

0.1毫米。每次观测后应立即记入记载簿中。如果降水量很大，量杯不能一次量完，则可分几次量，将总数记入记载簿内。每次雨量，待复测后方可倒去。

7、区域平均降水量计算

⑴算术平均法在地形起伏不大，区域内降水分布较均匀或降水在地区上的变化较均匀，测站布置合理或较多的情况下，算术平均法最简单且能获得满意的结果。

⑵泰森多边形法（又称垂直平分法）如果区域内雨量站分布不均匀，且有的站偏于一角，此时采用泰森多边形法较算术平均法合理和优越。

⑶等雨量线法对于地形变化较大（一般是大流域），区域内又有足够数量的雨量站，能够根据降水资料结合地形变化绘制出等雨量线图，则应采用本方法。